Biología y química de la mano: Practica para el reconocimiento de pH

Introducción

La enseñanza de la ciencia es uno de los pilares fundamentales en cualquier sociedad. Por ello, son muchos los investigadores que se encargan de pulir las distintas estrategias que se pueden aplicar durante las clases. Cada una de las estrategias de enseñanzas, se debe saber implementar de formar idónea. Por ejemplo, tenemos las prácticas de laboratorio donde indiscutiblemente los estudiantes están procesando aspectos cognitivos que favorecen el ámbito científico, dentro de las cosas que promueve, tenemos un cambio en el lenguaje cotidiano a uno científico o científico escolar.

Por ello, como en la última ocasión, en colaboración con una materia que es de relevancia para la comprensión de la biología, presento una práctica que se emplea en la química de media general, el reconocimiento de pH en distintas soluciones. Esta experiencia fue aplicada por los estudiantes, a los cuales previamente fue dada una clase para el ámbito de la química y la biología.

Una breve explicación teórica

Cuando hablamos sobre pH, estamos hablando de sustancias con niveles o rangos de acidez o basicidad. En los ambientes naturales, en el cuerpo humano, en productos que compramos para la limpieza hasta en las bebidas encontramos estos niveles. Por ejemplo, el jugo gástrico encontramos enzimas que tienen niveles pH ácidos que ayuda a digerir los alimentos que consumimos, además estas reacciones enzimáticas mantienen un pH óptimo permitiendo que la fisiología del cuerpo  se mantenga en equilibrio. Una de estas enzimas en la Pepsina, que tiene un pH entre los intervalos de 2 a 3 considerado ácido, en este rango puede reaccionar o actuar, y para un pH mayor a 5 tiende a desactivarse.

Por otra lado, un concepto de pH estricto para ser expresado cualitativamente, dice que el pH (poder del hidrógeno o potencial del hidrógeno) se define como el logaritmo negativo en base 10 de la concentración molar del ion hidronio o del ion hidrógeno, cuando se desea medir la acidez en soluciones acuosas y la concentración molar (mol/l) de los iones hidronio (H3O+).

Asimismo en la concentración de OH- ó ion hidroxilo, es expresado el pOH o también conocido como potencial de hidroxilo o poder hidroxilo. Este es definido como el logaritmo negativo en base 10 de la concentración molar de iones hidroxilos.

Ahora bien, si aplicamos el término de pH relacionados a valores numéricos obtenidos en muestras es posible apreciar una escala en la cual vemos rangos para sustancias ácidas y básicas. Como vemos a continuación:

En este sentido el valor constante no depende del grado de acidez o basicidad de la solución examinada a 25 grados centígrados, una solución ácida tiene valores de pH menores a 7, una solución básica o alcalina pH a mayor a 7 y una solución neutra presenta un pH igual a 7. 

Enzimas como la ureasa que reacciona aproximadamente a pH 7, a en algunas plantas ayuda durante la obtención del nitrógeno. En nuestra saliva presentamos otras que normalmente tienen un pH entre los 6.6 a 7, y ayudan como primera fase para la degradación de alimentos. La tripsina, es una enzima que tambien participa en el proceso de disgestión y tienen un pH optimo aproximadamente en 8, esta misma es liberada por el páncreas. Con estos ejemplos podemos denotar, que podemos encontrar enzimas que reaccionan con determinados nivel de pH. Además es posible reconocer estos rangos en productos de uso cotidiano, en las concentraciones de aguas de manglar y demás; no solo en el cuerpo humano:

En primer lugar un método de lectura directa que permite determinar el pH de soluciones acuosas, se fundamente en el uso de indicadores ácido-base. Un indicador es una sustancia que cambia de color cuando reacciona con un ácido o con una base. El color cambia por la adicción o remoción del ión hidrogeno (H+) a valores específicos de pH. Para la practica se utilizo el papel para medir el pH en las soluciones.

En este sentido, un indicado universal se obtiene al mezclar varios indicadores. Una mezcla puede contener fenolftaleína, rojo de metilo, azul de bromotimol, anaranjado de metilo. Este indicador universal es verde oscuro en soluciones neutras y cambia de rojo a violeta entre pH 3 y pH 10.  Al impregnar el papel con un indicador universal, se obtiene el papel de prueba o pH común que puede ser de intervalo (1 a 12) o de intervalo estrecho (4,5 a 7,5). 

Para medir el pH utilizando el papel pH común se procede de la siguiente manera:  

• En el tubo de ensayo o vaso precipitado que contiene la solución a examinar se introduce un agitador limpio y seco se humedece y se retira.
• Se impregna una pequeña muestra del papel pH y se compara el color obtenido, con la escala de colores existentes en el empaque del papel pH.
• Se anota el valor obtenido.

Para este caso la práctica fue trabajado con leche, café negro, refresco, agua jabonosa, vinagre,  detergente y jugo de limón. En cada caso, las soluciones siguieron los pasos, primero fueron vertidos, después agitados con mucho cuidado, colocado el papel para comparar el color obtenido y saber aproximadamente el nivel de pH y por último anotar cada unos de los datos en una libreta de apuntes. 

Vale recordar, que este método es aplicado para pruebas consideradas como pruebas burdas y a pesar de ello es de igual importancia para el manejo en practicas de laboratorio. De igual manera, la exactitud de estos datos nunca debe pasar los niveles o unidades cuantitativas de pH. Con ello, vale decir que si se desea determinar la concentración de ión de hidronio en las muestras examinadas, es posible utilizar la siguiente fórmula::

Esta misma fue aplicada para la determinación de las sustancias utilizadas en la practica, las cuales son de uso cotidiano. A continuación se muestra la tabla con los resultados:

Reflexión

Las practicas de laboratorio son sumamente importante para la enseñanza de las ciencias, estas son vistas como estrategias o actividad medular para el desarrollo cognitivo de los estudiantes. Además, desde el punto de vista empírico, los estudiantes aprenden las normas y el procedimiento que se deben de seguir para poder establecerse en sus futuras carreras universitarias. A la par, las actividades académicas en conjunto con materias afines, en la cual cada una aporte un contenido similar, se debe considerar como herramientas para que los estudiantes comprendan que la ciencia trabaja en conjunto para comprender más acerca de la naturaleza. 

1. H. Curtis. Biología general
2. Trujillo. Soluciones acuosas: teoría y aplicaciones. Módulo de apoyo académico en Química
3.  Aportes para la enseñanza para el nivel medio. Consultado 2018